包鋼220噸轉爐自動(dòng)化控制系統包括氧槍、爐本體、散料鐵合金、汽化冷卻、煙氣回收(OG)、地下料倉、煤氣加壓站和副槍共八個(gè)子系統。每個(gè)子系統用一個(gè)西門(mén)子SIMATIC 400站進(jìn)行控制，這八個(gè)站通過(guò)西門(mén)子通訊模塊CP443掛在一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)――SIMATIC H1網(wǎng)上。同時(shí)還有八套工業(yè)微機通過(guò)西門(mén)子網(wǎng)卡CP1613也掛在同一個(gè)SIMATIC H1網(wǎng)上，作為人機界面完成轉爐自動(dòng)化控制系統的監視和控制。二級管理系統包括一套服務(wù)器和一套工業(yè)微機，完成對轉爐系統的管理任務(wù)，及時(shí)下達煉鋼的計劃和命令。
　　
　　1、 硬件組成

　　包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統的硬件包括：8個(gè)西門(mén)子SIMATIC 400站（每個(gè)站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU、1個(gè)CP443通訊接口模塊和數量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出模塊）、8套研華工業(yè)微機、8個(gè)西門(mén)子CP1613網(wǎng)卡。

　　2、 軟件組成

　　包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統的軟件包括：Windows NT 4.0中文版操作系統、Intellution FIX 7.0監控軟件、STEP 7西門(mén)子編程軟件。

　　3、 系統配置（見(jiàn)附圖）

　　包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統中8個(gè)SIMATIC 400站通過(guò)西門(mén)子CP443接口模塊掛在一個(gè)SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)上完成控制功能，同時(shí)8套研華工業(yè)微機也通過(guò)西門(mén)子CP1613網(wǎng)卡掛在同一個(gè)SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)上完成監視和操作功能。其中，轉爐本體控制系統的SIMATIC 400站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP網(wǎng)與轉爐傾動(dòng)控制系統的SIMATIC 300站交換數據；氧槍控制系統的SIMATIC 400站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP網(wǎng)與氧槍提升系統的兩個(gè)SIMATIC 6RA24交換數據，并且在同一個(gè)Profibus DP網(wǎng)上掛了一個(gè)工業(yè)鍵盤(pán)PP17-II對氧槍的現場(chǎng)設備操作；散料鐵合金控制系統的SIMATIC 400站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP網(wǎng)掛了兩個(gè)工業(yè)鍵盤(pán)PP17-II對散料和鐵合金的現場(chǎng)設備操作；煙氣回收（OG）控制系統的SIMATIC 400站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP網(wǎng)掛了兩個(gè)工業(yè)鍵盤(pán)PP17-II對OG的現場(chǎng)設備操作。

　　4、 硬件評估

　　SIMATIC H1網(wǎng)是德國西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于TCP/IP協(xié)議的標準以太網(wǎng)，它的優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單、便于擴展、速度快、兼容性好。包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統采用粗的同軸電纜作為SIMATIC H1網(wǎng)的連接介質(zhì)，有效地實(shí)現了工業(yè)以太網(wǎng)數據傳輸過(guò)程中的抗干擾功能，保證了系統運行的可靠性；SIMATIC Profibus DP網(wǎng)是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的設備網(wǎng)，它的特點(diǎn)是可以在PLC（可編程序控制器）與現場(chǎng)設備（如變頻器、工業(yè)鍵盤(pán)、智能儀表、分布式I/O站等）之間交換數據。包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統采用屏蔽雙絞線(xiàn)作為Profibus DP網(wǎng)的連接介質(zhì)。SIMATIC 400站是西門(mén)子公司的拳頭產(chǎn)品，無(wú)論在控制速度、控制精度還是抗干擾性、靈活性各方面講都處與PLC產(chǎn)品的領(lǐng)先地位，研華（ADVANTECH）工業(yè)微機是最早得到推廣使用的工業(yè)微機，因此包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統選用了這兩種產(chǎn)品。

包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統配置圖

　　5、 軟件評估

　　Windows NT是美國Microsoft微軟公司最出色的產(chǎn)品之一，也是世界上應用最為廣泛最可信賴(lài)的軟件平臺，因此包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統選用Windows NT 4.0中文版操作系統。Intellution公司是美國一家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工業(yè)監控軟件的軟件公司，它的產(chǎn)品廣泛應用于世界各大工廠(chǎng)，它的數據庫、畫(huà)圖、顯示、歷史趨勢、配方緊密結合，不但可以畫(huà)出逼真的圖形，還能將現場(chǎng)數據快速顯示在屏幕上；它可以在屏幕上制造出按鈕來(lái)取代真正的按鈕完成對現場(chǎng)設備的操作；它能將數據庫的數據按時(shí)間存放在數據文件里供歷史趨勢文件調用顯示，這樣就能把幾小時(shí)、幾天、甚至幾個(gè)月前的數據用數據曲線(xiàn)的形式展示給工程師們，以便分析事故和改進(jìn)工藝；它可以利用Windows DDE（動(dòng)態(tài)數據交換）功能把FIX數據庫的數據傳送到Office Excel文件和Office Access文件，從而實(shí)現報表打印和數據查詢(xún)功能。STEP7是西門(mén)子公司為S7-400和S7-300系列PLC設計的編程軟件，它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調節控制；它的組織塊、功能塊、數據塊相結合的編程思想可以隨心所欲地實(shí)現各種控制要求；它的時(shí)間中斷組織塊可以實(shí)現短到10ms長(cháng)到5s的快速中斷請求；它的符號表（Symbol）可以輸入中文方便進(jìn)行程序注釋。因此，Windows NT 4.0、Intellution FIX 7.0和STEP7可以說(shuō)是包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統中的“三劍客”，共同完成了對轉爐系統的監視控制任務(wù)。

　　6、 疑難與解答

　　1） 數據通訊

　　這里的數據通訊包括SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間，SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間，SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 6RA24之間，SIMATIC 400 PLC與Intellution FIX之間的數據通訊。其中，SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間是通過(guò)SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)通訊，編程使用FC5（發(fā)送數據功能塊）和FC6（接收數據功能塊）；SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP網(wǎng)通訊，編程使用SFB15（存放數據功能塊）和SFB14（得到數據功能塊）；SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 6RA24之間是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP網(wǎng)通訊，編程使用SFC14（DP讀功能塊）和SFC15（DP寫(xiě)功能塊）；SIMATIC 400 PLC與Intellution FIX之間的數據通訊通過(guò)SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)通訊，使用SIMATIC NET軟件完成CP1613網(wǎng)卡的設置。值得注意的是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14、SFC15這些功能塊必須在OB32（1s時(shí)間中斷組織塊）中調用。

　　2） 氧槍定位

　　轉爐控制系統的關(guān)鍵是氧槍定位，因為一旦定位不準就會(huì )影響煉鋼的質(zhì)量，甚至引發(fā)噴濺或爆炸。包鋼轉爐自動(dòng)化控制系統引進(jìn)了兩套極限來(lái)為氧槍定位，一套是電器送過(guò)來(lái)的極限開(kāi)關(guān)，另一 套是變頻電機自整角機送過(guò)來(lái)的計數脈沖。為接收計數脈沖，特 選用西門(mén)子高速計數模塊，軟件使用FC0（高速計數功能塊）。 鑒于這次的自整角機產(chǎn)生的脈沖只有600pps，建議下一工程取消自整角機，直接將編碼器裝到電機的輸出軸上，這樣可以接收更多的脈沖，定位更加準確。

　　3） PID調節

　　轉爐煉鋼過(guò)程中有很多控制對象，諸如氧氣流量、氧氣壓力、氧槍冷卻水流量等都需要穩定的值。以前這些模擬量的調節采用智能儀表，現在有了西門(mén)子SIMATIC 400 PLC就可以取代這些智能儀表，PID調節在STEP7中使用FB41（連續PID調節控制）；在Intellution FIX 7.0中使用畫(huà)圖功能模擬一個(gè)PID調節器的操作面板，完成PID調節控制中的手/自動(dòng)切換、給定值輸入、手動(dòng)輸出值輸入、PID參數（比例系數、積分時(shí)間）輸入等功能。

　　4） 汽包三沖量調節

　　汽包的液位調節在PID調節中難度很大，因為汽包的容積越大，它的容水量就越小。當液位過(guò)低時(shí)由于缺水就會(huì )造成爆炸事故，當液位過(guò)高時(shí)由于水多就會(huì )造成滿(mǎn)水事故。由于汽包進(jìn)口給水量和汽包出口蒸汽量的突然變化都會(huì )導致虛假液位，因此必須根據汽包液位、給水流量和蒸汽流量對汽包進(jìn)行三沖量調節。具體的方法是先對汽包液位的變化進(jìn)行PID調節運算，然后再加上給水流量的變化，最后再減去蒸汽流量的變化，把最后的計算結果送給最終的液位調節閥輸出；給水流量和蒸汽流量則采用單獨的PID調節，以保持給水流量和蒸汽流量的穩定。

　　5） 標準化編程

　　大型的自動(dòng)化控制系統很難一個(gè)人完成，因此需要很多人的分工與合作。標準化編程就是要使軟件工程師編寫(xiě)的程序整齊劃一，通用性和可讀性強，除了作者本人的閱讀者也能輕而易舉地理解作者的編程思想和工藝要求。這樣不但可以使編程人員不再糾纏編程的枝節問(wèn)題，縮短編制程序的時(shí)間，集中精力解決更加困難的工藝上的問(wèn)題；而且有利于維護人員對程序的理解，為生產(chǎn)保駕護航提供了更加寶貴的經(jīng)驗。標準化編程的實(shí)現是多方面的，首先根據設計圖紙編制各系統的點(diǎn)號表（用EXCEL表格）；再根據點(diǎn)號表填寫(xiě)Intellution FIX數據庫；再根據點(diǎn)號表編制STEP7符號表（SYMBOL）；再根據點(diǎn)號表找出各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號，據此定義下列STEP7使用的中間線(xiàn)圈點(diǎn)號：模擬手/自動(dòng)轉換選擇開(kāi)關(guān)；啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（對單線(xiàn)圈的泵或電磁閥）；開(kāi)啟按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕（對雙線(xiàn)圈的電動(dòng)閥）；手動(dòng)輸出值、給定值、比例系數、積分時(shí)間（對PID調節閥）；再根據各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號和中間線(xiàn)圈點(diǎn)號編制各控制設備的手動(dòng)程序；最后根據設計說(shuō)明書(shū)編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序，即自動(dòng)程序。

　　6)畫(huà)面強制

　　大型工廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統涉及的控制設備很多，控制工藝復雜，導致控制過(guò)程中的邏輯連鎖非常復雜，主要設備動(dòng)作的諸多條件很難同時(shí)滿(mǎn)足。為了調試程序的需要，在畫(huà)面上增設許多選擇開(kāi)關(guān)，當某開(kāi)關(guān)置“1”時(shí)，就假設此條件滿(mǎn)足。當所有條件滿(mǎn)足時(shí)，程序就可以對設備進(jìn)行操作，而不必等待實(shí)際條件滿(mǎn)足。在生產(chǎn)中有時(shí)某設備出現臨時(shí)故障，為不影響正常生產(chǎn)，也可以在畫(huà)面上強制，繼續生產(chǎn)，直到設備修好，再把強制解除即可。